The integration of epitaxial BaTiO3 films on silicon, combining c-orientation, surface flatness, and high ferroelectric polarization is of main interest towards its use in memory devices. This combination of properties has been only achieved so far by using yttria-stabilized zirconia buffer layers. Here, the all-perovskite BaTiO3/LaNiO3/SrTiO3 heterostructure is grown monolithically on Si(001). The BaTiO3 films are epitaxial and c-oriented and present low surface roughness and high remnant ferroelectric polarization around 6 μC/cm2. This result paves the way towards the fabrication of lead-free BaTiO3 ferroelectric memories on silicon platforms.

1.
E.
Aksel
and
J. L.
Jones
,
Sensors
10
,
1935
(
2010
).
2.
T. R.
Shrout
and
S. J.
Zhang
,
J. Electroceram.
19
,
113
(
2007
).
3.
S. O.
Leontsev
and
R. E.
Eitel
,
Sci. Technol. Adv. Mater.
11
,
044302
(
2010
).
4.
Y. C.
Liang
,
H. Y.
Lee
,
H. L.
Liu
, and
T. B.
Wu
,
J. Cryst. Growth
276
,
534
(
2005
).
5.
S.
Abel
,
T.
Stöferle
,
C.
Marchiori
,
C.
Rossel
,
M. D.
Rosell
,
R.
Erni
,
D.
Caimi
,
M.
Sousa
,
A.
Chelnokov
,
B. J.
Offrein
, and
J.
Fompeyrine
,
Nat. Commun.
4
,
1671
(
2013
).
6.
C.
Xiong
,
W. H. P.
Pernice
,
J. H.
Ngai
,
J. W.
Reiner
,
D.
Kumah
,
F. J.
Walker
,
C. H.
Ahn
, and
H. X.
Tang
,
Nano Lett.
14
,
1419
(
2014
).
7.
Z.
Li
,
X.
Guo
,
H. B.
Lu
,
Z.
Zhang
,
D.
Song
,
S.
Cheng
,
M.
Bosman
,
J.
Zhu
,
Z.
Dong
, and
W.
Zhu
,
Adv. Mater.
26
,
7185
(
2014
).
8.
R.
Guo
,
Z.
Wang
,
S.
Zeng
,
K.
Han
,
L.
Huang
,
D. G.
Schlom
,
T.
Venkatesan
,
Ariando
, and
J.
Chen
,
Sci. Rep.
5
,
12576
(
2015
).
9.
P. E.
Janolin
,
J. Mater. Sci.
44
,
5025
(
2009
).
10.
R.
Moalla
,
B.
Vilquin
,
G.
Saint-Girons
,
G.
Sebald
,
N.
Baboux
, and
R.
Bachelet
,
CrystEngComm
18
,
1887
(
2016
).
11.
L.
Qiao
and
X.
Bi
,
Phys. Status Solidi A
207
,
2511
(
2010
).
12.
K.
Fukamachi
,
N.
Sakamoto
,
T.
Ohno
,
D.
Fu
,
N.
Wakiya
,
T.
Matsuda
, and
H.
Suzuki
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
50
,
09NA03
(
2011
).
13.
M.
Scigaj
,
N.
Dix
,
I.
Fina
,
R.
Bachelet
,
B.
Warot-Fonrose
,
J.
Fontcuberta
, and
F.
Sánchez
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
112905
(
2013
).
14.
H.
Colder
,
B.
Domengès
,
C.
Jorel
,
P.
Marie
,
M.
Boisserie
,
S.
Guillon
,
L.
Nicu
,
A.
Galdi
, and
L.
Méchin
,
J. Appl. Phys.
115
,
053506
(
2014
).
15.
H.
Yamada
,
Y.
Tokosaki
, and
A.
Sawa
,
Adv. Electron. Mater.
2
,
1500334
(
2016
).
16.
V.
Vaithyanathan
,
J.
Lettieri
,
W.
Tian
,
A.
Sharan
,
A.
Vasudevarao
,
Y. L.
Li
,
A.
Kochhar
,
H.
Ma
,
J.
Levy
,
P.
Zschack
,
J. C.
Woicik
,
L. Q.
Chen
,
V.
Gopalan
, and
D. G.
Schlom
,
J. Appl. Phys.
100
,
024108
(
2006
).
17.
G.
Niu
,
S.
Yin
,
G.
Saint-Girons
,
B.
Gautier
,
P.
Lecoeur
,
V.
Pillard
,
G.
Hollinger
, and
B.
Vilquin
,
Microelectron. Eng.
88
,
1232
(
2011
).
18.
C.
Dubourdieu
,
J.
Bruley
,
T. M.
Arruda
,
A.
Posadas
,
J.
Jordan-Sweet
,
M.
Frank
,
E.
Cartier
,
D. J.
Frank
,
S. V.
Kalinin
,
A. A.
Demkov
, and
V.
Narayanan
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
748
(
2013
).
19.
L.
Mazet
,
R.
Bachelet
,
L.
Louahadj
,
D.
Albertini
,
B.
Gautier
,
R.
Cours
,
S.
Schamm-Chardon
,
G.
Saint-Girons
, and
C.
Dubourdieu
,
J. Appl. Phys.
116
,
214102
(
2014
).
20.
T. Q.
Ngo
,
A. B.
Posadas
,
M. D.
McDaniel
,
C.
Hu
,
J.
Bruley
,
E. T.
Yu
,
A. A.
Demkov
, and
J. G.
Ekerdt
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
082910
(
2014
).
21.
A. A.
Demkov
,
P.
Ponath
,
K.
Fredrickson
,
A. B.
Posadas
,
M. D.
McDaniel
,
T. Q.
Ngo
, and
J. G.
Ekerdt
,
Microelectron. Eng.
147
,
285
(
2015
).
22.
A. S.
Borowiak
,
N.
Baboux
,
D.
Albertini
,
B.
Vilquin
,
G.
Saint-Girons
,
S.
Pelloquin
, and
B.
Gautier
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
012906
(
2014
).
23.
H.
Miao
,
C.
Tan
,
X.
Zhou
,
X.
Wei
, and
F.
Li
,
Europhys. Lett.
108
,
27010
(
2014
).
24.
J. S.
Sekhon
,
L.
Aggarwal
, and
G.
Sheet
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
162908
(
2014
).
25.
G.
Niu
,
G.
Saint-Girons
,
B.
Vilquin
,
G.
Delhaye
,
J. L.
Maurice
,
C.
Botella
,
Y.
Robach
, and
G.
Hollinger
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
062902
(
2009
).
26.
F.
Liu
,
I.
Fina
,
R.
Bertacco
, and
J.
Fontcuberta
,
Sci. Rep.
6
,
25028
(
2016
).
27.
I.
Fina
,
L.
Fàbrega
,
E.
Langenberg
,
X.
Martí
,
F.
Sánchez
,
M.
Varela
, and
J.
Fontcuberta
,
J. Appl. Phys.
109
,
074105
(
2011
).
28.
S. J.
Pennycook
and
D. E.
Jesson
,
Ultramicroscopy
37
,
14
(
1991
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.